一、文章信息
二、主要内容
这篇文章是关于通过计算研究来筛选高效的基于铜的双原子催化剂（Cu-based dual-atom catalysts, DACs），以促进硝酸盐电还原（NO3ER）合成氨的研究。以下是文章的核心内容：
1. **研究背景**：
- 氨（NH3）是化学品和肥料生产中最重要的原料之一，也是潜在的无碳能源载体。
- 传统的Haber-Bosch工艺能耗高，因此电化学N2还原反应（NRR）作为一种替代方法受到关注。
- 硝酸盐（NO3-）作为一种氮源，因其较低的N=O键解离能和在水中较高的溶解度，被认为是大规模电合成氨的有前景的候选物质。
2. **研究目的**：
- 寻找高效的NO3ER催化剂，以提高氨合成的法拉第效率和产率。
3. **研究方法**：
- 使用密度泛函理论（DFT）计算，探索了一系列基于铜的DACs，这些催化剂锚定在二维硼氮化物（BN）单层上，特别是硼空位（B vacancy）上的CuM/BN。
4. **主要发现**：
- CuMn/BN和CuFe/BN表现出优越的NO3ER催化性能，限制电位分别为-0.27 V和-0.32 V。
- 高NO3ER催化活性主要来源于它们与NO3*中间体的最佳结合强度，这是由于活性位点上的适度正电荷。
5. **研究意义**：
- 提供了一种快速筛选合格NO3ER催化剂的策略。
- 为可持续氨合成提供了高效的催化剂选择。
- 提出了一种可行的策略，用于快速筛选合格的NO3ER催化剂。
6. **计算方法**：
- 使用维也纳从头算软件包（VASP）进行自旋极化的DFT计算。
- 采用PAW方法描述离子电子，使用广义梯度近似（GGA）处理交换相关能量。
- 采用Grimme的方案（DFT+D3）描述范德华（vdW）校正。
7. **结果与讨论**：
- 提出了一个六步筛选策略来评估DACs作为NO3ER催化剂的潜力。
- CuMn/BN和CuFe/BN满足所有六项标准，被选为理想的NO3ER电催化剂。
三、结论
- 设计的CuMn/BN和CuFe/BN催化剂具有高电化学和热稳定性，是NO3ER合成氨的有前途的电催化剂。
（a）MAC、DAC 和 TAC 的结合能，（b）频率分布，以及（c）Mn1-GDY、Mn2-GDY 和 Mn3-GDY 的 PDOS。
硝酸盐的吸附能和相应的电荷转移，（b）硝酸盐吸附前后的自旋变化，
*NO3H 在 (a) MAC、DAC 和 (b) TAC 中的反应自由能变化，(c) AIMD 模拟 Mn3-GDY 上 *NO3H 的解离，
(a) MAC、(b) DAC 和 (c) TAC 上的自由能变化图。
